多媒体有效教学:教育技术改革的路径所在
如何对多媒体的呈现形式进行适切时代要求的技术改革，是当前教育领域的热门研究议题之一。在国际上，针对多媒体有效教学设计的探究中，有两条独立展开的线索最受瞩目，它们都产生了极为重要的研究成果。其一，是美国教育心理学及多媒体教学设计专家理查德?梅耶（Richard E. Mayer）所提出的多媒体设计所应遵循的基本原则及相关的多媒体应用研究。其二，是斯威勒（John Sweller）将认知负荷理论扩充，并应用到教材的设计中，对多媒体教学设计的实际操作产生了着巨大的指导意义，代表了该领域的最高水平。
一、工作记忆双重编码理论
近来，学术界通常以Mayer丰硕的多媒体学习研究成果，整合Sweller所提出之认知负荷（Cognitive load）理论、Pavio所提出的双码（Dual-coding）理论及Baddeley所提出的工作记忆（Working memory）模式合并成一个完整的多媒体认知学习理论模式架构“工作记忆双重编码理论”（Dual-processing theory of working memory）（见图1）。
双重编码理论以控制信息有效流动、平衡视听觉通道认知负荷为出发点，探索最佳利用文字和图片呈现的心理学依据，用意在于提供教材呈现方式的指导，以促进学生的学习。在个体信息处理的系统中，包含两个分开却互相关联的模块，一个是语言的（verbal），另一个是非语言的（nonverbal），语言系统主要负责与语言有关的信息（包含听觉语言及经由视觉文字转化而来的语音），经处理、编码后储存在文字记忆区中；非语言系统主要负责视觉影像信息的处理（包含各种图片、影像等），信息经处理后被存储在图像记忆区中。
双重编码理论强调在信息加工早期，视觉和听觉信息分别是在视觉和听觉通道中进行编码加工的，这类似于Baddeley工作记忆模型中对视觉空间模板和语音回路的区分；在信息编码后期，这两种通道则分别为图像通道和言语通道，这类似于Pavio双码理论中基于言语与非言语模式编码的区分。
二、多媒体设计中应遵循的原则
为了提高多媒体的学习成效，学者对于应用多媒体教学，提出了以下的设计原则：
1.多媒体定律（Multimedia principle）
多媒体呈现如果能选择合适的图像或者动画配合语言内容，则可达到较好的学习效果。由于图像和文字从属于两个不同的认知加工通道，因此，当一个信息是通过语言与非语言通道同时呈现时，会比只利用其中一种形式来得好。多媒体信息在缺乏语言系统（书面文字或声音文字）参照链接时，学习效果较差。尤其是动态多媒体信息，必须同时兼具语言系统与图像系统的搭配，才会有较佳的学习效果。
2.多型态定律（Modality principle）
多型态定律（）主要基于双通道的假设，强调在对图像信息进行解释时，学生从动画搭配口语文字的方式呈现会比动画搭配书面文字的方式有更佳的学习效果。因为书面文字搭配图片、动画皆利用到视觉/图像通道，两者相互竞争认知资源，可能造成单一通道认知超荷。当动画搭配口语文字的方式呈现时，动画、图片则使用到视觉/图像通道，口语文字使用到听觉/语言信道，二个通道的信息互补且共同整合为有意义的信息内容。
3.冗余性定律（Redundancy principle）
冗余性定律是指，对于相同的学习内容，不需要同时呈现文字与口语两种形式。当动画搭配口语文字及字幕时，字幕和动画同为视觉信息。由于动画是连续播放，学习者可能来不及处理全部的视觉信息，只有部份视觉信息被及时处理。此时可能造成视觉/图像通道认知超载，并且学习者必须将其认知资源分配到字幕和口语文字，会造成必要处理及产生偶发性处理的认知资源不足的现像。
4.相关性定律（Coherence principle）
摒除虽然有趣但与学习主题内容无关的文字、声音、图像，将可使学习更简易，化繁为简使学习更深入。因此，若尽可能排除多媒体教材内容中不必要的信息，将可减轻认知负荷，增加学习的效果。
5.差异性定律（Differences principle）
Large的研究指出，图片较适合用来描述陈述性的内容，而动画则较适合来说明程序性的知识。虽然动态材料易造成较高的认知负荷，但其在描述诸如不可见运动（如分子运动），或复杂变化的内容（如实时变化的过程） 等时具有巨大的优越性，在程序性知识（如以模仿为基础的技能习得）的学习中这种优越性则可能更加明显。
6.交互性定律（Interactive principle）
在进行多媒体学习时，如果能够采用交互式界面设计，增加学习者对学习进程的控制，能有效促进学生的学习。通过让学习者自主控制学习材料，交互式界面设计可以有效降低学习者的认知负荷，同时也有利于培养学生的专注性及学习兴趣。
三、国内外部分多媒体有效教学的研究成果
一般认为，如果多媒体提供的信息越多，学习成效较好，但学者在双重编码理论学习效果的研究结果显示，这个问题仍有不一致的结论。许多研究发现，多种媒体组合的呈现方式对学习者而言，其学习效果较好，但也有研究发现，多种媒体组合亦容易造成学习者认知负荷超载，从而影响学习效果。本研究整理出多种媒体组合的学习效果差异如下表1、2、3、4，并分别归纳说明其结论： 表1 多媒体组合方式对学习效果效果之相关研究（一）
在表1的实验设计中，自变项的部份皆包含文字材料，而差异在于图片或动画的使用与否，作为分组的依据。在结果方面，可以看到在Sweller的研究中当纯粹比较图片及文字时，图片组对大部分学习者来说是比较有利的；而在后三组的实验中，则呈现出图片组的学习效果普遍比动画组好。不过，动画或影片由于具有较完整的步骤呈现，而较适合用来说明程序性的内容。事实上，Large等人的实验也显示，动态材料在展现诸如如分子运动或者操作性内容时具有巨大的优越性。
一般来说，如果动画和文字是同时出现且是连续不断的呈现时，由于易造成学习者认知负荷超载，其学习效果反而不如图片加上文字；但鉴于动画对某些知识的理解有一定的帮助，因此该去探讨如何改善动画呈现的缺点，并善用其有助于理解的优势，帮助学习者提高理解的程度。
表2的实验组合结果显示，多媒体的组合方式整体优于单一媒体，其中文字搭配动画与旁白的学习效果最好，此结论与Mayer的多型态原则相吻合。当视觉的通道配合听觉时，学习者可同时处理来自两个通道不同的信息来源，然后将不同来源的信息组织并整合起来。从多媒体学习认知理论来看，多媒体的学习成效受学习者能否有效整合来自外在语言信息和影像信息的影响，并和长期记忆的先备知识相结合，产生理解及有意义的知识。
在表3的相关研究中，则选择了在视觉通道采用图片、文字或动画的组合，并在听觉通道采用旁白（声音）或无旁白的组合，而结果出现了同样的一种趋势，如果搭配视觉及听觉通道来呈现教材，会比只用一种通道来得有效，亦即图片或动画搭配旁白（声音）会比单纯只用图片或动画有效，此结果符合型态效应；但是图片或动画搭配上旁白与文字的学习成效，反而不如单纯搭配旁白，由此可知多媒体组合的呈现方式并非多多益善，过多的呈现方式反而会造成学习者的认知负荷，此亦符合冗余效应，因此最佳的呈现方式为动画搭配旁白（如教师的现场讲解）。 在表4的研究中，虽然 Mayer 的空间原则有提到动画（图片）搭配整合文字会比不搭配整合文字的成效来得好，但在上述研究中可发现，最佳的方式仍为动画（图片）搭配旁白。另外，动画在进行播放时，如能将之分割成较小的片段，对于学习者的学习效果是有帮助的，此项结果符合 Mayer 的分割原则，由于受到信息处理能力的限制，教学者在教导新的概念时，若教材内容本身具复杂性且不易理解，可以适当的将教材分段切割，以降低学习者的认知负荷。学者Sweller也指出，在学习的任务中，如果所包含的概念或程序等元素之间的交互作用过大，会造成学习者的工作记忆超载，从而影响学习效果。
四、结语
历史证明，将先进技术引入教育本身并不能保证获得理想的教学效果，进行合理的教学设计，不能单纯凭借审美要求与主观经验，探究如何使多媒体设计更加有效、更加符合学习者的认知特性才是需要加以研究的主要问题。只有基于科学和理性指导下对学习认知共性的研究，我们才能从认知层面为先进教育技术的有效运用扫清障碍。否则，教学设计不能反映学习者的学习本质，自然也就很难促进有效教学研究的进展。
